PLC对龙门刨床的电器改造.doc

装订线毕业论文（设计）报告纸绪论随着工业科技的飞速发展，数控技术的发展在一定程度上代表了一个国家先进的科学技术水平。就目前而言，我国是世界上机床产量最多的国家，虽然我国科技水平在世界上稍有一席之地，但生产的数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低的水平，生产的普通数控机床比重大，生产效率低，大部分采用继电器控制，存在着易故障，难检修等弊端，对加工业的发展有很大的制约和限制性。随着计算机技术的高速发展，推动了工业科技发展的步伐，给机械制造业带来根本性的变化。近几年来，我国在普通机床改造方面取得了很大的成就，普通机床的控制系统逐步被PLC控制的高效率，高精度的数控机床所代替，产生了巨大的生产力，然而在机械加工制造中被广泛使用的用来加工大型工件的设备龙门刨床的改造却少之又少，在一定程度上影响着制造业的发展。 传统龙门刨床的电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大，其改造或增加功能较为困难，而且继电器控制系统依靠机械触点的动作实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题，很大程度上提高了故障发生率，且由于使用大量的机械触点，存在机械磨损、电弧烧伤等问题，寿命短，系统的大量连线使得机床的可靠性和可维护性较差。本设计提出通过采用PLC对其传统的龙门刨床进行电气改造改造是因为PLC很容易实现比较复杂的控制逻辑，与其传统的继电器实现同样的功能则需要大量的控制继电器，在同种要求下，PLC可省去大量的控制继电器，节能降耗，降低运行成本，且改变工艺控制简便易行，而且PLC是无触点电路，反应快、噪音小、寿命长等优点，在实现同样功能的基础上还可以弥补继电器逻辑控制的不足，可以大大提高机床的工作效率，完全可以达到预期电气改造的目的。 1. 龙门刨床的结构 龙门刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零件同时工作，如图（1）所示。它主要由床身、工作台、立柱、横梁、左右侧及垂直刀架组成，其横梁和立柱组成龙门式框架结构，所以称为龙门刨床。1-右侧刀架 ; 2-横梁； 3-右立柱； 4-顶梁； 5-垂直右刀架； 6-垂直左刀架; 7-左立柱； 8-左侧刀架； 9-工作台； 10-机座 图1 龙门刨床示意图龙门刨床的工作台带着工件通过门式框架作直线往复运动，空行程速度大于工作行程速度。横梁上装有两个垂直刀架，刀架滑座可在垂直面内回转一个角度，并可沿横梁作横向进给运动，横梁也可在两立柱上作上下调整，一般在两个立柱上还安装有可沿立柱上下移动的侧刀架，以扩大加工范围。工作台回程时刀架可机动抬到，以免滑伤工作表面。机床工作台的驱动可用发电机电动机组或可控硅直流调速方式，调速范围较大，在低速时也能获得较大的驱动力。从整体上看，工作加工过程较为简单。2. 龙门刨床的主回路设计及变频器的选择2.1 龙门刨床电力拖动系统主回路设计龙门刨床主要涉及的有：主拖动、油泵、风机、横梁升降、横梁夹紧，垂直及左、右侧刀架等电机。油泵和风机只有在主拖动电机启动运行时才可启动，其余电机在正反向运行之间形成电气互锁，主回路设计如图（3）所示。图3 电力拖动系统主回路设计2.2 主拖动电机的选型B2010A型龙门刨床原直流调速系统的直流电机型号是ZBD-93-BL,功率为60KW,额定转速为1000r/min,额定转矩为式中P为功率(KW)；T为转矩()；n为转速(r/min)。 通过计算比较,与直流电动机参数比较接近的交流电机式55KW的6极电机,其额定转矩为525.53。由于变频器的低速调速性能不是很好,为了提高实际使用的变频器最低频率,决定选用55KW的8极变频电动机,其额定转矩为700.7。为了解决低速时电动机的散热问题，变频电动机上还安装配备了一个风机，变频电动机工作时风机处于运转状态。通过以上计算，55KW的8极变频电动机的转矩比原来的直流电动机大，能够满足系统调速范围的要求。2.3 变频器的选择 2.3.1 变频器选型 根据前述龙门刨床拖动系统的工作要求，通过查阅有关资料，造多种同类变频器反复比较论证后，决定选用TD3000系列变频器。电机、变频系统选型如下：主拖动：55KW交流变频电机选用TD3000-4T0550G变频器；主拖动制动单元：两台TDB-4C01-0300控制单元，两只10欧/10KW制动电阻.2.3.2 主拖动与变频器的连接主拖动与变频器的连接如图（5）图5 主拖动与变频器的连接2.3.3 变频器的基本运行配线图变频器的基本运行配线图如（6）所示。图6 变频器的基本运行配线3. PLC的选型及控制接线3.1 龙门刨床PLC控制系统构成 龙门刨床PLC控制系统构成主要有：主传动调速换向控制，刀架进给、抬刀和快速移动控制，以及横梁的移动、夹紧、放松、升降等部分组成。3.2 PLC的选型及输入输出点的分配3.2.1 PLC的选型 本设计通过考虑，根据所需PLC的输入/输出点数，并留有一定的余地，选择PLC的基本单元的型号为FX2N-80MR-001。3.2.2 PLC I/O输入点数分配表表（2） PLC I/O输入点数分配 PLC输入接口功能控制按钮X000热继电器FR1、FR2、FR3X001前进终端限位行程SQ1X002后退终端限位行程SQ2X003前进换向行程SQ3X004后退换向行程SQ4X005前进减速行程SQ5X006后退减速行程SQ6X007工作台点进SB1X010工作台点退SB2X011工作台前进SB3X012工作台后退SB4X013油泵压力正常KPX014变频器运行KA1X015工作台停止SB5X016油泵风机控制KA2X017横梁夹紧KA3X020横梁松开SQ7X021横梁上升SB6X022横梁下降SB7X023横梁上限位SQ8X024左侧刀架上限位SQ9X025右侧刀架上限位SQ10X026垂直刀架手动进刀SA1X027左侧刀架手动进刀SA2X030右侧刀架手动进刀SA3X031垂直刀架自动进刀SA4X032左侧刀架自动进刀SA5X033右侧刀架自动进刀SA6X034垂直刀架点动SB8X035左侧刀架点动SB9X036右侧刀架点动SB10X037垂直刀架抬刀SA7X040左侧刀架抬刀SA8X041右侧刀架抬刀SA9X042照明开关 EL X043故障复位 SB11 X044主回路通电KA4 X045变频器故障KA5 3.2.3 PLC I/O输出点数分配表表（3） PLC I/O输出点数分配PLC输出接口功能动作元件Y001主回路通电指示HL1Y002工作台运行退指示HL2Y003横梁运行指示HL3Y004油泵运行指示HL4Y005变频器正常指示HL5Y006油泵运行KM2Y007风机运行KM3Y010横梁夹紧KM4Y011横梁放松KM5Y012横梁上升KM6Y013横梁下降KM7Y014垂直刀架进刀KM8Y015左侧刀架进刀KM10Y016右侧刀架进刀KM12Y017垂直刀架退刀KM9Y020左侧刀架退刀KM11Y021右侧刀架退刀KM13Y022垂直刀架抬刀辅助继电器KA1Y023左侧刀架抬刀辅助继电器KA2Y024右侧刀架抬刀辅助继电器KA3Y025工作台前进Y026工作台后退Y027故障复位Y030转速指令1（减速）Y031转速指令2（前进）Y032转速指令3（后退）Y033工作台点进Y034工作台点退Y035照明中间继电器KA03.3 PLC控制接线图图7 PLC输入输出外部接线图4. 保护和抗干扰措施设计本次设计改造的B2010A龙门刨床共有8台电机，相对其他机床相比，涉及的电机比较多，控制比较复杂，为了操作人员的安全和避免意外事故，对各电机提供必要的保护是必不可少的。本设计为了防止龙门刨床在工作时发生短路，在设计时在电机与电源相连处加入了断路器，在部分电机上还串接了熔断器；为了防止电机的过载，主电机、油泵电机和风机都串接了热继电器，而且为了避免电机损坏和保证人身安全，龙门刨床的各电机都进行了接地；除此之外，在工作台、横梁、左右侧刀架及垂直刀架都安装了限位行程，用来满足工艺控制流程和防止超出加工范围，为电机运行进行限位保护。除了对各电机提供必要的保护外，对PLC也要进行必要的保护,在工作台的前进和后退，横梁的上升和下降、夹紧和放松，刀架的进刀和回刀都是互锁关系，利用接触器的常闭触点在PLC外部进行电气互锁；而且，良好的接地也是PLC安全可靠运行的主要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害；除此之外，利用PLC内部定时器对横梁的夹紧和放松继电器进行了超时检测保护，避免限位行程SQ7及过流继电器KA3故障引起的事故保护。变频器是对电动机进行调速的器件，要保证刨床可靠地工作，也要保证变频器可靠地工作。本设计在变频器的输入、输出侧都选择安装了EBT系列滤波器，有效抑制了从变频器电源线发出的高频噪声干扰和变频器输出侧产生的干扰噪音和导线漏电流，提高了变频器控制的精度。又由于一般使用龙门刨床这种大型加工设备的车间还有很多大功率的机械设备，很容易出现电压不稳定等情况，为此，在变频器输入侧还选择安装了交流输入电抗器，当电网波形畸变严重时，它可以提高变频器输入侧的功率因数，满足变频器和电源之间高次谐波的影响，为变频器正常的工作提供了必要的措施。除此之外，变频器采用了直接接地和屏蔽线接地，避免了偶然发生的电压冲击危害和人的触电事故。结论本论文结合工程实践，通过所学的专业知识，完成了对B2010A龙门刨床的PLC电气改造，通过改造后龙门刨床的各性能都有了很好的改善和提高。改造前，原龙门刨床采用电机扩大机-直流发电机-直流电动机（A-G-M）调速系统，它占地面积大、噪声污染严重、调速范围很窄，尤其交流电动机拖动发电机浪费电能很严重；而且，传统的龙门刨床的电气控制部分采用的是继电器-接触器逻辑控制系统，硬件接线多，体积大，连线复杂；它是通过采用触电开关实现控制的，由于受继电器硬件限制，控制速度慢，一般为十几毫秒；继电器触点寿命短，可靠性和维护性差，故障率高，检修、维修困难，维护、维修成本高。改造后，主拖动采用调速范围宽、节能效果显著的变频器控制的调速系统，不仅省去了电机扩大机和直流发电机，节省了成本和空间，而且还大大提高了龙门刨床的调速特性，使工作台有更宽的调速范围和更硬的机械特性，实现了工作台的无冲击换向，更使龙门刨床实现了无级调速和回馈制动。用PLC控制系统代替了传统的继电器-接触器逻辑控制系统，大大减少了系统的接线，提高了系统的抗干扰能力，增加了系统的可靠性和稳定性。而且大大提向了系统的可维护性，减小了系统的检修工作量。除此之外，在设计控制程序时，用PLC软件设计了很多的互锁电路和采用PLC内部的时间继电器设计超时检测电路，不仅节省了原控制系统中的时间继电器，而且提高了安全性和可靠性。谢辞在本人的写作过程中，在此深表感谢，首先，也是最主要感谢的是我的指导老师，同时也感谢其他帮助和指导过我的老师和同学。其次要感谢得天独厚的教育资源，要感谢帮我查资料的朋友们，后期因为实习的关系，不能随时去学校的图书馆查阅资料，在此也十分感谢我的朋友们能抽出时间帮我找一些资料。感谢在我学生生涯里教导过我的老师们，您们思想境界的高远、博爱的胸怀、谦虚的品质和严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；您们循循善诱的教导和不苟一格的思路给予我无尽的启迪。在此，谨向指导老师致以崇高的敬